Каролинка обитает на небольших пресноводных водоёмах — лесных озёрах, болотах, вялотекущих реках, заводях, прудах, оборудованных бобрами запрудах. Как правило, селится на тенистых берегах, обильно поросших посадками из дуба, ивы, тополя. Обычна на заболоченных ландшафтах, на которых господствует болотный кипарис. Наибольшей плотности достигает в густых широколиственных и смешанных лесах, где на водоёмах отсутствует сильное волнение, а их глубина варьирует от 8 до 48 см.

Большинство уток приступает к размножению в конце первого года жизни. Моногамна, при этом брачные связи, как правило, ограничиваются только одним сезоном. Первые признаки ухаживания отмечают уже в конце октября, ко второй половине февраля 90 % пар считаются окончательно сформированными. Брачные игрища происходят главным образом на воде, при этом инициатором выступает вовсе не самец, а самка, выбирающая одинокого самца. Селезень отвечает несколькими характерными позами, среди которых называют опускание клюва в воду, имитацию питья, ритуальную чистку перьев крыльев, поворот задней части головы в сторону партнёрши. Кроме того, самец с вытянутой шеей и приподнятым хохолком издаёт характерный свист. Окончательному формированию пары и спариванию предшествует распростёртая на воде поза самки, вокруг которой крутится самец.

Сроки размножения разнятся в соответствии с широтой: в южной части ареала самки приступают к откладыванию в первых числах февраля, в северной во второй половине марта — начале апреля. Полная кладка, по всей видимости, содержит от 13 до 15 яиц. Нередко встречаются и значительно бо́льшие кладки, но они скорее являются следствием подброса одной или несколькими самками.

Яйца внешне очень похожи на яйца домашней утки: они имеют такую же овально-эллиптическую форму и окрашены в матово-белый цвет. Размер яиц в среднем 40×52 мм, вес около 44 г.

Наряду с мандаринкой каролинская утка — одна из наиболее нарядных утиных птиц северного полушария. Эти два вида объединяют не только близкие родственные связи, но и схожие размеры, внешний вид и образ жизни. Небольшая и компактного телосложения каролинка выглядит немного крупнее мандаринки: длина 43—51 см, размах крыльев 66—73 см, масса самцов 539—879 г (в среднем 680 г), масса самок 482—879 г (в среднем 539 г). Помимо пёстрой окраски, характерность облика птицы дополняет сочетание хохолка у обоих полов, широкие крылья и довольно длинный треугольной формы хвост.

При описании внешнего вида обычно выделяют роскошный наряд взрослого самца, особенно яркий в конце зимы, когда формируются пары. Голова, с которой на шею опускается длинный хохол, имеет чёрный фон с зелёным и фиолетовым отливом. Поверх фона развит рисунок из белых полос и пятен. Одна тонкая белая полоса тянется от основания клюва на заднюю часть шеи, проходя над глазом, ещё одна тонкая белая полоса начинается от кроющих ушей и заканчивается на конце хохолка. Наконец, более широкая белая полоса с двумя вертикальными ответвлениями проходит через горло. Контрастный рисунок головы дополняют оранжево-красный клюв с белым пятном на гребне, жёлтым основанием и чёрным ноготком, а также красные глаза и веки. Воротник из удлинённых перьев, как у мандаринки, отсутствует.

Окраска самки менее яркая — серовато-бурая с беловатыми овальными пятнами на боках и белыми брюхом и подхвостьем. Внешне она очень похожа на самку мандаринки, но её выделяют более крупное белое миндалевидное кольцо вокруг глаз и иная форма клюва.